Антибактериальные нанозимы: Лечение хронических ран с помощью нанохимии

Хронические инфицированные раны часто представляют серьёзную проблему для пациентов с диабетом. Китайские исследователи разработали целенаправленный подход к заживлению ран с использованием наномедицины. Их работа опубликована в журнале Angewandte Chemie. Учёные смогли деактивировать бактерии, инфицирующие рану, с помощью раствора нанокапсул, которые изменяют среду раны и высвобождают активные формы кислорода.

Хронические раны у диабетиков — идеальная среда для роста бактерий. Богатая глюкозой среда позволяет бактериям формировать биоплёнки, что сильно затрудняет доступ антибиотиков. Кроме того, у пациентов с диабетом часто ослаблен иммунитет. В таких случаях перспективен подход хемодинамической терапии: активные формы кислорода, генерируемые in situ, ослабляют и повреждают бактериальные клетки, вызывая их гибель.

За производство этих активных форм кислорода отвечает катализатор. Он расщепляет перекись водорода (H₂O₂) в непосредственной близости от бактериальных клеток, предпочтительно на их клеточной стенке или внутри неё. Особенно хорошо для этой роли подходят наночастицы платины. К этим наногранулам присоединены аптамеры — короткие цепочки ДНК, которые связываются с бактериями. Эти каталитические частицы, нанозимы, работают аналогично ферментам, отсюда и их название. Нанозим прикрепляется к бактерии и высвобождает кислородные радикалы в клетку, при условии наличия H₂O₂ для их генерации.

Основная проблема в том, что катализатор может расщеплять H₂O₂ только в кислой среде (при низком pH). Однако большинство диабетических ран имеют щелочную среду. Чтобы система нанозимов оставалась эффективной в этих условиях, команда под руководством Жунхуа Яна из Чаншаского университета науки и технологий (Китай) использовала биохимический приём и богатую глюкозой среду диабетических ран.

Микробный фермент глюкозооксидаза, известный в медицинской диагностике и пищевой промышленности, использует кислород для превращения глюкозы в глюконовую кислоту, образуя H₂O₂ и создавая кислую среду. Исследователи присоединили глюкозооксидазу к нанозимам, а затем поместили всю систему в защитную оболочку из гиалуроновой кислоты.

Эта оболочка не только позволила частицам нанозима увеличиться примерно в пять раз (до ~0,1 микрометра, что составляет около десятой части размера бактерии), но и сохраняла их стабильными и неизменными в растворе более 30 дней. Оболочка из гиалуроновой кислоты служила ещё одной цели: бактерии производят ферменты, разлагающие гиалуроновую кислоту, то есть, по сути, сами высвобождают инструмент своего уничтожения.

Раствор нанокапсул был протестирован на культурах Staphylococcus aureus и убивал бактерии в течение нескольких часов. Затем команда обработала хронические инфицированные раны у мышей с диабетом. Результаты были однозначными: в идентичных условиях только раны, обработанные раствором нанокапсул, зажили полностью и быстро.

Авторы подчеркнули, что метод не требовал синтеза новых материалов; вместо этого они «решили физиологические ограничения нанозимов, регулируя локальную микросреду». Они также предположили, что подобные модификации подойдут и для других систем нанозимов.